CN109799184A - 组合式的航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式的航天器用光缆组件温度和辐照综合环境试验系统，包括温度环境系统和辐照环境系统。其中，温度环境系统提供可控的高低温环境，主要包括温度试验箱体、液氮制冷装置、加热装置、报警保护装置、控制装置；辐照环境系统采用固定源室湿法贮存伽马辐照形式提供伽马辐照环境，主要包括伽马辐照源、源架及升降操作系统、屏蔽防护系统、剂量控制系统、通风系统和水处理系统。本发明的试验系统具有结构简单、易于操作、灵活组合等优点，可用于航天器光缆组件产品开展高低温辐照综合环境试验。

Description

组合式的航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统

技术领域

本发明属于航天器产品温度和辐照综合环境试验技术领域，具体来说，本发明涉及一种组合式的航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统。

背景技术

随着我国航天技术的快速发展，航天器传感单元和处理单元之间的信息传输速率越来越高，信息交换越来越灵活，航天器传输总线由传统电缆网向光缆网发展，基于光缆的通信传输是卫星传输总线系统的重要发展方向。

光缆是以光纤为核心，将光纤由缓冲层、包覆层等多层保护结构进行包覆后的缆线，中心是光传播的玻璃芯。多段光缆之间采用光连接器进行连接，光缆与光连接器的组合称为光缆组件。

光缆组件在航天器中应用多为静态固定敷设，工作过程中其性能、可靠性和寿命均会受到航天器在轨所处的空间环境，如真空、高低温、辐照环境的影响，且不同温度水平、温变率、辐照剂量率下具有不同的特性。目前，国内外开展光缆的温度试验和辐照试验，均在各自的环境下独立分别开展，即温度和辐照环境并非同时施加。一般情况下，先进行辐照试验，再进行高低温试验。

事实上，光缆组件在轨使用期间，会同时受到高低温和辐照环境影响，两者是耦合在一起的，存在耦合特性。以往各自单独环境下开展的光缆组件试验，并不能完全等效航天器实际在轨条件，存在一定的测试偏差。在单一环境下开展的光缆组件性能测试，持续时间均较短，通常测试偏差影响不大，但对于长寿命试验来说，时间较长，两者的综合作用效应更加明显，会导致测试偏差的增大，最终影响光缆组件可靠性和寿命的评价结果。

目前，开展航天器光缆组件辐照总剂量试验研究，主要采用钴60放射源的伽马辐照试验方法。这种方法不具有温度控制功能，无法实现在不同温度条件下进行辐照试验。缺乏相应的综合试验系统，是制约航天器光缆组件开展寿命验证的重要因素之一。为此，基于现有固定源室湿法贮存伽马辐照装置条件，研制一种组合式的航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，从而满足航天器光缆组件可靠性和寿命验证试验需求，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航天器产品温度和辐照综合环境试验系统，用于开展航天器光缆组件在温度和辐照综合环境下进行试验测试。

本发明的技术途径通过以下技术方案实现：

航天器用光缆组件温度和辐照综合环境试验系统，包括温度环境系统和伽马辐照环境系统，伽马辐照环境系统基于已建成的固定源室湿法贮存伽马辐照装置。工作时，将温度环境系统置于伽马辐照环境系统内部，从而构成一种组合式的航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，用于营造航天器光缆组件的高低温和伽马辐照综合环境。本综合试验系统的创新点在于将固定源室湿法贮存伽马辐照装置和温度环境系统有机组合，从而构成满足航天器光缆组件产品开展高低温和辐照综合试验需求的环境条件。

也就是说，组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，包括两大部分：第一部分为伽马辐照环境系统，包括伽马辐照源、源架及升降操作系统、剂量控制系统、屏蔽防护系统、通风系统、水处理系统，其中伽马辐照源、源架及升降操作系统、通风系统、水处理系统通过迷宫式混凝土墙体结构和金属屏蔽自动门构成辐照室，用于向光缆组件提供稳定的伽马辐照环境，其中，伽马辐照源未启用时设置在水处理系统的深水井中，伽马辐照源通过源架及升降操作系统从深水井上升到待辐照位置，剂量控制系统在辐照室外面，通过信号线对辐照室内部的伽马辐照源升降以及在待辐照位置的停留时间进行控制，辐照室的外围通过屏蔽防护系统进行防护，屏蔽防护系统主要作用是在辐照源被升起工作时将伽马射线控制在屏蔽防护系统以内，通风系统设置在屏蔽防护系统外侧，对其内部环境进行通风，辐照源是伽马辐照环境系统的功能核心，设置辐照源的深水井位于辐照室地面的中心位置，围绕深水井上面建立源架结构及升降操作系统，升降系统一端连接辐照源，另一端利用滑轮组固定在辐照室顶部，通过升降系统的垂直升降来控制辐照源的升起或降落，迷宫式混凝土墙体结构围绕深水井和源架而建，出口处设置金属屏蔽自动门，从而整体构成屏蔽防护系统，通风系统的通风口和风扇位于外侧混凝土墙体的上部，同样由剂量控制系统在辐照室外进行控制；第二部分为温度环境系统，放置在伽马辐照环境系统的辐照室内，靠近伽马辐照源，用于提供高低温环境条件。

进一步地，屏蔽防护系统为迷宫式混凝土墙体结构和金属屏蔽自动门。

进一步地，伽马辐照环境系统采用固定源室湿法贮存伽马辐照形式，伽马辐照源采用钴60放射元素，用于产生稳定剂量率的伽马射线。

进一步地，源架及升降操作系统，主要用于辐照源的固定和升降，由电机提供动力。工作时，由源架及升降操作系统将辐照源从去离子深水井中提出到固定位置，高于源架，从而在其周围产生稳定剂量率的伽马射线辐射；不工作时，辐照源被降回至深水井中，伽马射线被井水屏蔽吸收，源室内无伽马射线。

其中，源架及升降操作系统由升降电机、金属绳索、滑轮组构成，金属绳索的一端固定伽马辐照源，另一端固定在升降电机主轴上，通过升降电机的启停及正反转实现伽马辐照源的升起和降落。

其中，升降电机的启停及正反转由剂量控制系统来进行控制，升起的位置和降落的位置均固定，到达位置后由各自的位置传感器反馈信号给剂量控制系统，控制系统设定伽马辐照源升起的保持时间，即升降电机到达升起位置的保持时间，以此来调节受试光缆组件的辐照时间。

进一步地，温度环境系统主要包括温度试验箱体、液氮制冷装置、加热装置、报警保护装置、控制装置，用于营造-150℃～+150℃范围内可控的温度环境条件。

其中，温度试验箱体是温度环境系统的主体结构部分，提供长方体型容积空间，内部即为温度环境系统营造的-150℃～+150℃范围可控的温度条件，容积内部的中间位置安装表面平整的试件搁板，用于放置受试光缆组件。

其中，受试光缆组件剂量率通过温度环境系统与辐照源升起后的距离来控制，距离越远剂量率越小，距离越近剂量率越大。

其中，温度环境系统底部带有万向轮并可固定锁紧，用于距离的快速调整。

其中，温度环境系统试件搁板的高度与辐照环境系统的源架高度保持一致，以保证辐照源升起到固定位置工作时，伽马射线均匀覆盖受试产品空间，即保证受试光缆组件辐照剂量率的均匀性。

其中，温度环境系统箱体门正面安装多层耐高低温的透明玻璃观察窗，具有防霜防雾和保温的功能，宽高尺寸不小于300×400mm，该玻璃观察窗对伽马射线基本无屏蔽效果，可以保证辐射源产生的伽马射线无衰减进入到箱体内受试光缆组件位置。

其中，温度环境系统液氮管路内部通径与液氮电磁阀通径相同。液氮电磁阀位于箱内液氮管路最高处，以防止积液，且方便更换。

其中，温度试验箱内液氮喷头应位于箱内风道上半部，防止液氮滴落积存。

优选地，喷头使用不锈钢材料。

其中，温度试验箱顶部内留有液氮气化的排气孔，并有可根据箱内压力变化情况自动开启的密封装置。关闭时应密封良好，开启时可以将箱内最大压力降至试验箱可承受的范围内。

优选地，密封装置使用不锈钢材料。

本发明具有以下的有益效果：

(1)结构简单：本发明的一种组合式航天器光缆组件温度和辐照综合环境试验系统，无需对伽马辐照试验装置进行特殊改造，只需在辐照装置内配备合适的满足高低温可控，伽马射线可进入的温度环境系统。

(2)易于操作：伽马辐照试验系统和温度环境系统分开操作，互相独立，互不影响，易于控制，可靠性高，方便维修和更换。

(3)灵活组合：辐照剂量率通过调节温度环境系统与辐照源的中心距离控制，可根据试验需求灵活配置，实现成本低。

附图说明

图1为本发明的组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统俯视图。

其中，1为伽马辐照源；2为源架及升降操作系统；3为剂量控制系统；4为屏蔽防护系统；5为通风系统；6为水处理系统；7为温度环境系统；8为混凝土墙体；9为升降电机；10为金属绳索；11为滑轮组。

图2为本发明的综合实验系统中温度环境系统的示意图。

其中，12为温度试验箱体；13为液氮制冷装置；14为加热装置；15为报警保护装置；16为控制装置；17为穿舱孔；18为透明观察窗；19为箱体门；20为万向移动轮；21为可移动式液氮杜瓦罐；22为阀门。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的组合式的航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统进行详细说明，具体实施方式仅为示例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。

图1和图2分别显示了组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统俯视图和温度环境系统示意图。根据图1可知，本发明的组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统包括两大部分：第一部分为伽马辐照环境系统，由伽马辐照源1、源架及升降操作系统2、剂量控制系统3、屏蔽防护系统4、通风系统5和水处理系统6组成，用于向光缆组件提供稳定的伽马辐照环境；第二部分为温度环境系统7，放置在伽马辐照环境系统的辐照室内，靠近伽马辐照源1，用于提供高低温环境条件。

在这一实施方式中，源架及升降操作系统2由升降电机9、金属绳索10、滑轮组11构成，金属绳索10的一端固定伽马辐照源1，另一端固定在升降电机9主轴上，通过升降电机9的启停及正反转实现伽马辐照源1的升起和降落。伽马辐照源1不升起时，被放置在水处理系统6的深水井里面。升降电机9的启停及正反转由剂量控制系统3来进行控制，升起的位置和降落的位置均固定，到达位置后由各自的位置传感器反馈信号给剂量控制系统3。控制系统3可以设定伽马辐照源1升起的保持时间，即升降电机9到达升起位置的保持时间，以此来调节受试光缆组件的辐照时间。

其中，剂量控制系统通过控制辐照源升起的时间，来控制受试光缆组件经受的总剂量。剂量率通过温度环境系统与辐照源升起后的距离来控制，最大剂量率由辐照源固有放射特性决定，最小剂量率受屏蔽防护系统空间大小限制。屏蔽防护系统、通风系统和水处理系统均属于安全保障系统。屏蔽防护系统为一定厚度的迷宫式混凝土墙体结构和金属屏蔽自动门，主要作用是在辐照源被升起工作时将伽马射线控制在屏蔽防护系统以内，保证防护系统以外的安全。通风系统和水处理系统属于室内环境保障系统，主要是保证辐射源非工作状态下，人员操作的安全。

在这一实施方式中，屏蔽防护系统4主要由金属屏蔽门和混凝土墙体8构成，金属屏蔽门的开启也由剂量控制系统3来控制，当伽马辐照源1升起后，金属屏蔽门无法开启，始终处于紧密状态，仅当伽马辐照源1降落到深水井里安全位置后，金属屏蔽门才允许开启。混凝土墙体8通过特殊的螺旋形状建设，形成屏蔽伽马射线的迷宫通道，用于受试光缆组件和人员的进出。

根据图2可知，温度环境系统7由温度试验箱体12、液氮制冷装置13、加热装置14、报警保护装置15、控制装置16组成。箱体门是取放受试光缆组件的通道，箱体门正面配有多层耐高低温的透明玻璃观察窗，用于试验过程中观察光缆组件的状态，且箱内配有耐高低温的照明灯。液氮制冷装置、加热装置、报警保护装置、控制装置均通过固定螺钉安装在温度环境系统的主结构箱体上，各部分之间通过管路和线路进行连接。液氮制冷装置用于箱体有效容积内的制冷控制，通过液氮管路与液氮杜瓦罐连接，液氮从液氮杜瓦罐的供给通过液氮电磁阀控制，电磁阀的通断由控制装置来控制。箱内有液氮喷头，用于液氮的雾化喷淋，实现制冷控制。加热装置用于箱体内升温控制，通过电加热棒对箱体内部进行加热，电加热棒的电压和电流由控制装置根据温度控制要求来自动控制。报警保护装置主要用于箱体内部的超温报警，通过采集置于箱体内出风口位置的温度传感器数据来实现温度的监控，可通过控制装置设定上下限报警范围。控制装置用于箱体的加热、制冷、报警、通信等各种控制，控制装置的参数通过外置显示屏设置操作。

在这一实施方式中，温度试验箱体12的正面为箱体门19和透明观察窗18，右侧有用于箱内受试光缆组件测试线引出的穿舱孔17。加热装置14在箱体内部，主要为加热棒，向箱内提供升温的环境，加热的启停和时间由控制装置16进行控制。

在这一实施方式中，液氮制冷装置13包括液氮管路和可移动式液氮杜瓦罐21，液氮的供给由液氮杜瓦的阀门22进行控制，阀门22通断则由控制装置16进行控制。箱内的温度由控制装置16进行综合控制，通过定量调节加热装置14的电压电流和液氮制冷装置13的阀门22通断来实现。

在这一实施方式中，箱体底部安装万向移动轮20，用来调节箱体距离伽马辐照源1的距离，以此来实现受试光缆组件辐照剂量率的调节。透明观察窗18通常面向辐照源。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims (15)

1.组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，包括两大部分：第一部分为伽马辐照环境系统，包括伽马辐照源、源架及升降操作系统、剂量控制系统、屏蔽防护系统、通风系统、水处理系统，其中伽马辐照源、源架及升降操作系统、通风系统、水处理系统通过迷宫式混凝土墙体结构和金属屏蔽自动门构成辐照室，用于向光缆组件提供稳定的伽马辐照环境，其中，伽马辐照源未启用时设置在水处理系统的深水井中，伽马辐照源通过源架及升降操作系统从深水井上升到待辐照位置，剂量控制系统在辐照室外面，通过信号线对辐照室内部的伽马辐照源升降以及在待辐照位置的停留时间进行控制，辐照室的外围通过屏蔽防护系统进行防护，屏蔽防护系统主要作用是在辐照源被升起工作时将伽马射线控制在屏蔽防护系统以内，通风系统设置在屏蔽防护系统外侧，对其内部环境进行通风，辐照源是伽马辐照环境系统的功能核心，设置辐照源的深水井位于辐照室地面的中心位置，围绕深水井上面建立源架结构及升降操作系统，升降系统一端连接辐照源，另一端利用滑轮组固定在辐照室顶部，通过升降系统的垂直升降来控制辐照源的升起或降落，迷宫式混凝土墙体结构围绕深水井和源架而建，出口处设置金属屏蔽自动门，从而整体构成屏蔽防护系统，通风系统的通风口和风扇位于外侧混凝土墙体的上部，同样由剂量控制系统在辐照室外进行控制；第二部分为温度环境系统，放置在伽马辐照环境系统的辐照室内，靠近伽马辐照源，用于提供高低温环境条件。

2.如权利要求1所述的组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，其中，屏蔽防护系统为迷宫式混凝土墙体结构和金属屏蔽自动门。

3.如权利要求1所述的组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，其中，伽马辐照环境系统采用固定源室湿法贮存伽马辐照形式，伽马辐照源采用钴60放射元素，用于产生稳定剂量率的伽马射线。

4.如权利要求1所述的组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，其中，源架及升降操作系统，主要用于辐照源的固定和升降，由电机提供动力，工作时，由源架及升降操作系统将辐照源从去离子深水井中提出到固定位置，高于源架，从而在其周围产生稳定剂量率的伽马射线辐射；不工作时，辐照源被降回至深水井中，伽马射线被井水屏蔽吸收，源室内无伽马射线。

5.如权利要求1所述的组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，其中，源架及升降操作系统由升降电机、金属绳索、滑轮组构成，金属绳索的一端固定伽马辐照源，另一端固定在升降电机主轴上，通过升降电机的启停及正反转实现伽马辐照源的升起和降落。

6.如权利要求1-5任一项所述的组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，其中，升降电机的启停及正反转由剂量控制系统来进行控制，升起的位置和降落的位置均固定，到达位置后由各自的位置传感器反馈信号给剂量控制系统，控制系统设定伽马辐照源升起的保持时间，即升降电机到达升起位置的保持时间，以此来调节受试光缆组件的辐照时间。

7.如权利要求1-5任一项所述的组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，其中，温度环境系统主要包括温度试验箱体、液氮制冷装置、加热装置、报警保护装置、控制装置，用于营造-150℃~+150℃范围内可控的温度环境条件。

8.如权利要求1-5任一项所述的组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，其中，温度试验箱体是温度环境系统的主体结构部分，提供长方体型容积空间，内部即为温度环境系统营造的-150℃~+150℃范围可控的温度条件，容积内部的中间位置安装表面平整的试件搁板，用于放置受试光缆组件。

9.如权利要求1所述的组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，其中，受试光缆组件剂量率通过温度环境系统与辐照源升起后的距离来控制，距离越远剂量率越小，距离越近剂量率越大。

10.如权利要求1-5任一项所述的组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，其中，温度环境系统底部带有万向轮并可固定锁紧，用于距离的快速调整。

11.如权利要求1-5任一项所述的组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，其中，温度环境系统试件搁板的高度与辐照环境系统的源架高度保持一致，以保证辐照源升起到固定位置工作时，伽马射线均匀覆盖受试产品空间，即保证受试光缆组件辐照剂量率的均匀性。

12.如权利要求1所述的组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，其中，温度环境系统箱体门正面安装多层耐高低温的透明玻璃观察窗，具有防霜防雾和保温的功能，宽高尺寸不小于300×400mm，该玻璃观察窗对伽马射线基本无屏蔽效果，可以保证辐射源产生的伽马射线无衰减进入到箱体内受试光缆组件位置。

13.如权利要求1所述的组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，其中，温度环境系统液氮管路内部通径与液氮电磁阀通径相同，液氮电磁阀位于箱内液氮管路最高处，以防止积液，且方便更换。

14.如权利要求1所述的组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，其中，温度试验箱内液氮喷头应位于箱内风道上半部，防止液氮滴落积存。

15.如权利要求1所述的组合式航天器光缆组件温度和辐照综合试验系统，其中，温度试验箱顶部内留有液氮气化的排气孔，并有可根据箱内压力变化情况自动开启的密封装置，关闭时应密封良好，开启时将箱内最大压力降至试验箱可承受的范围内。